- ลักษณะโครงสร้าง
- รูปแบบหรือโครงสร้างของฮีโมโกลบิน
- พฤติกรรมร่วมมือ
- ผลกระทบของคาร์บอนมอนอกไซด์
- ปัจจัยใดบ้างที่มีผลต่อความสัมพันธ์ของฮีโมโกลบินต่อออกซิเจน
- ผลกระทบจากการทำงาน
- อ้างอิง
carboxyhaemoglobinถูกผูกไว้ฮีโมโกลคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) เฮโมโกลบินเป็นโปรตีนที่นำพาออกซิเจนผ่านเลือดในมนุษย์และสัตว์มีกระดูกสันหลังอื่น ๆ อีกมากมาย
ในการขนส่งออกซิเจนฮีโมโกลบินต้องจับกับมัน Max Perutz นักเคมีและผู้ได้รับรางวัลโนเบลที่เกิดในเวียนนาในปี 2457 และเสียชีวิตในเคมบริดจ์ในปี 2545 เรียกพฤติกรรมการจับออกซิเจนของฮีโมโกลบินว่า "ผิดศีลธรรม"
โครงสร้างของฮีโมโกลบิน (ที่มา: Bielabio ผ่าน Wikimedia Commons)
ลองนึกภาพโมเลกุลของฮีโมโกลบินสองโมเลกุลแต่ละโมเลกุลสามารถจับโมเลกุลออกซิเจนได้ โมเลกุลหนึ่งมีออกซิเจนสามโมเลกุลอยู่แล้วและอีกตัวไม่มี ถ้าโมเลกุลออกซิเจนอื่นปรากฏขึ้นจะมีคำถามต่อไปนี้มันเข้ากับ "คนรวย" ที่มีอยู่ 3 ตัวหรือ "คนจน" ที่ไม่มีเลย? ความน่าจะเป็นคือ 100 ต่อ 1 ที่จะกำหนดเป้าหมายไปยังโมเลกุลที่อุดมสมบูรณ์
ลองนึกภาพโมเลกุลของฮีโมโกลบินอีกสองโมเลกุล โมเลกุลหนึ่งมีออกซิเจน 4 โมเลกุล (อิ่มตัวแล้ว) และอีกโมเลกุลมีเพียงโมเลกุลเดียว โมเลกุลใดมีแนวโน้มที่จะให้ออกซิเจนแก่เนื้อเยื่อรวยหรือจน? คนที่ยากจนกว่าจะส่งออกซิเจนได้ง่ายกว่าคนรวย
การกระจายของออกซิเจนในโมเลกุลของฮีโมโกลบินสามารถมองเห็นได้ดังคำอุปมาในพระคัมภีร์: "… ผู้ที่มีจะได้รับแก่เขาและผู้ที่ไม่มีแม้สิ่งที่เขามีจะถูกพรากไป … " (ม ธ 13:12) จากมุมมองทางสรีรวิทยาพฤติกรรมที่ "ผิดศีลธรรม" ของโมเลกุลเฮโมโกลบินนี้เต็มไปด้วยความสำคัญเนื่องจากมีส่วนช่วยในการจัดหาออกซิเจนไปยังเนื้อเยื่อ
อย่างไรก็ตามคาร์บอนมอนอกไซด์ไม่ว่าจะมีอะตอมออกซิเจนจำนวนเท่าใดก็ตามที่ติดอยู่กับโมเลกุลของฮีโมโกลบิน "ฆ่า" พวกมันทั้งหมด นั่นคือเมื่อมี CO มากออกซิเจนทั้งหมดที่จับกับฮีโมโกลบินจะถูกแทนที่ด้วย CO
ลักษณะโครงสร้าง
ในการพูดถึงคาร์บอกซีฮีโมโกลบินซึ่งไม่มีอะไรมากไปกว่าสถานะของฮีโมโกลบินที่เกี่ยวข้องกับคาร์บอนมอนอกไซด์อันดับแรกจำเป็นต้องอ้างถึงฮีโมโกลบินในแง่ทั่วไป
เฮโมโกลบินเป็นโปรตีนที่ประกอบด้วยหน่วยย่อยสี่หน่วยซึ่งแต่ละหน่วยประกอบด้วยสายโซ่โพลีเปปไทด์ที่เรียกว่าโกลบินและกลุ่มของธรรมชาติที่ไม่ใช่โปรตีน (กลุ่มเทียม) ที่เรียกว่ากลุ่มฮีม
กลุ่มฮีมแต่ละกลุ่มประกอบด้วยอะตอมของเหล็กในสถานะเหล็ก (Fe 2+ ) เหล่านี้คืออะตอมที่สามารถสร้างพันธะกับออกซิเจนได้โดยไม่ต้องออกซิไดซ์
เฮโมโกลบินเตตระเมอร์ประกอบด้วยสองหน่วยย่อยของอัลฟาโกลบินกรดอะมิโน 141 หน่วยต่อหน่วยและเบต้าโกลบินสองหน่วยย่อยของกรดอะมิโน 146 หน่วยต่อหน่วย
รูปแบบหรือโครงสร้างของฮีโมโกลบิน
เมื่อฮีโมโกลบินไม่ถูกผูกไว้กับอะตอมออกซิเจนใด ๆ โครงสร้างของฮีโมโกลบินจะแข็งหรือตึงเนื่องจากการก่อตัวของสะพานเกลือภายใน
โครงสร้างควอเทอร์นารีของฮีโมโกลบินที่ปราศจากออกซิเจน (deoxygenated) เรียกว่า“ T” หรือโครงสร้างที่ทำให้เครียดและฮีโมโกลบินที่ให้ออกซิเจน (oxyhemoglobin) เรียกว่า“ R” หรือโครงสร้างที่ผ่อนคลาย
การเปลี่ยนจากโครงสร้าง T ไปเป็นโครงสร้าง R เกิดขึ้นผ่านการจับตัวของออกซิเจนกับอะตอมของเหล็กเฟอรัส (Fe 2+ ) ของกลุ่มฮีมที่ติดอยู่กับโซ่โกลบินแต่ละอัน
พฤติกรรมร่วมมือ
หน่วยย่อยที่ประกอบเป็นโครงสร้างของฮีโมโกลบินแสดงพฤติกรรมร่วมมือที่สามารถอธิบายได้ด้วยตัวอย่างต่อไปนี้
โมเลกุลของฮีโมโกลบิน deoxygenated (ในโครงสร้าง T) สามารถจินตนาการได้ว่าเป็นลูกบอลขนสัตว์ที่มีไซต์ที่จับกับออกซิเจน (กลุ่มฮีม) ซ่อนอยู่ภายใน
เมื่อโครงสร้างที่แน่นนี้จับกับโมเลกุลออกซิเจนความเร็วของการจับจะช้ามาก แต่การผูกนี้ก็เพียงพอที่จะคลายลูกบอลออกเล็กน้อยและทำให้กลุ่มฮีมถัดไปเข้าใกล้พื้นผิวมากขึ้นทำให้ความเร็วในการจับตัว ออกซิเจนถัดไปจะสูงขึ้นทำซ้ำกระบวนการและเพิ่มความสัมพันธ์กับแต่ละพันธะ
ผลกระทบของคาร์บอนมอนอกไซด์
ในการศึกษาผลกระทบของก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ต่อการขนส่งก๊าซในเลือดอันดับแรกจำเป็นต้องอธิบายลักษณะของเส้นโค้งออกซีฮีโมโกลบินซึ่งอธิบายถึงการพึ่งพาความดันบางส่วนของออกซิเจนเพื่อ "ประจุ" หรือไม่กับโมเลกุลของออกซิเจน
เส้นโค้งออกซีฮีโมโกลบินมีรูปร่างเป็นซิกมอยด์หรือ "S" ซึ่งแปรผันตามหน้าที่ของความดันออกซิเจนบางส่วน กราฟของเส้นโค้งเกิดขึ้นจากการวิเคราะห์ที่ทำกับตัวอย่างเลือดที่ใช้ในการสร้าง
บริเวณที่ลาดชันที่สุดของเส้นโค้งนั้นได้มาจากแรงกดที่ต่ำกว่า 60 mmHg และที่ความกดดันที่สูงกว่านี้เส้นโค้งจะแบนราวกับว่ามันกำลังมาถึงที่ราบสูง
เมื่ออยู่ต่อหน้าสารบางชนิดเส้นโค้งสามารถแสดงการเบี่ยงเบนอย่างมีนัยสำคัญ การเบี่ยงเบนเหล่านี้แสดงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในความสัมพันธ์ของฮีโมโกลบินสำหรับออกซิเจนที่ PO 2เดียวกัน
เพื่อหาจำนวนปรากฏการณ์นี้ได้มีการนำการวัดความสัมพันธ์ของฮีโมโกลบินสำหรับออกซิเจนซึ่งเรียกว่าค่า P 50ซึ่งเป็นค่าความดันบางส่วนของออกซิเจนที่ฮีโมโกลบินอิ่มตัว 50% นั่นคือเมื่อครึ่งหนึ่งของกลุ่มฮีมติดอยู่กับโมเลกุลออกซิเจน
ภายใต้สภาวะมาตรฐานซึ่งควรเข้าใจว่า pH 7.4 ความดันบางส่วนของออกซิเจน 40 mmHg และอุณหภูมิ 37 ° C ค่าP 50ต่ำของตัวผู้ที่โตเต็มที่คือ 27 mm Hg หรือ 3.6 kPa
ปัจจัยใดบ้างที่มีผลต่อความสัมพันธ์ของฮีโมโกลบินต่อออกซิเจน
ความสัมพันธ์กับออกซิเจนของฮีโมโกลบินที่มีอยู่ในเม็ดเลือดแดงอาจลดลงเมื่อมี 2,3 diphosphoglycerate (2-3DPG) คาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2 ) โปรตอนที่มีความเข้มข้นสูงหรือเนื่องจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และเช่นเดียวกับคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO)
ผลกระทบจากการทำงาน
คาร์บอนมอนอกไซด์สามารถรบกวนการทำงานของการขนส่งออกซิเจนในเลือดแดง โมเลกุลนี้สามารถจับกับฮีโมโกลบินและสร้างคาร์บอกซีฮีโมโกลบิน เนื่องจากมีความสัมพันธ์กับฮีโมโกลบินสูงกว่า O 2ประมาณ 250 เท่าดังนั้นจึงสามารถแทนที่ได้แม้ว่าจะถูกผูกไว้กับมันก็ตาม
ร่างกายจะผลิตก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์อย่างถาวรแม้ในปริมาณเล็กน้อย ก๊าซที่ไม่มีสีและไม่มีกลิ่นนี้จะจับกับกลุ่มฮีมในลักษณะเดียวกับที่ O 2 ทำและโดยปกติประมาณ 1% ของฮีโมโกลบินในเลือดมีอยู่ในรูปคาร์บอกซีฮีโมโกลบิน
เนื่องจากการเผาไหม้สารอินทรีย์ที่ไม่สมบูรณ์ทำให้เกิด CO สัดส่วนของคาร์บอกซีฮีโมโกลบินในผู้สูบบุหรี่จึงสูงขึ้นมากโดยมีค่าระหว่าง 5 ถึง 15% ของฮีโมโกลบินทั้งหมด ความเข้มข้นของคาร์บอกซีฮีโมโกลบินที่เพิ่มขึ้นเรื้อรังเป็นอันตรายต่อสุขภาพ
การเพิ่มขึ้นของปริมาณ CO ที่หายใจเข้าไปซึ่งสร้างคาร์บอกซีฮีโมโกลบินมากกว่า 40% เป็นอันตรายถึงชีวิต เมื่อไซต์ผูกเหล็กถูกครอบครองโดย CO O 2จะไม่สามารถผูกได้
การผูก CO ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของฮีโมโกลบินไปเป็นโครงสร้าง R ซึ่งทำให้ฮีโมโกลบินลดความสามารถในการส่ง O 2ในเส้นเลือดฝอย
คาร์บอกซีฮีโมโกลบินมีสีแดงอ่อน ดังนั้นผู้ป่วยที่ได้รับสารพิษจาก CO จึงเปลี่ยนเป็นสีชมพูแม้จะอยู่ในอาการโคม่าและเป็นอัมพาตทางเดินหายใจ การรักษาที่ดีที่สุดในการพยายามช่วยชีวิตผู้ป่วยเหล่านี้คือให้พวกเขาสูดดมออกซิเจนบริสุทธิ์แม้กระทั่ง hyperbaric เพื่อพยายามแทนที่การผูกเหล็กกับ CO
อ้างอิง
- ฟ็อกซ์ SI (2549). สรีรวิทยาของมนุษย์พิมพ์ครั้งที่ 9 (หน้า 501-502) สำนักพิมพ์ McGraw-Hill นิวยอร์กสหรัฐอเมริกา
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA และ Rodwell, VW (2014) ภาพประกอบชีวเคมีของฮาร์เปอร์ McGraw-Hill
- Rawn, JD (1998). ชีวเคมี (1989). เบอร์ลิงตันนอร์ทแคโรไลนา: Neil Patterson Publishers (c) N. Lalioti, CP Raptopoulou, A.Terzis, A.Panagiotopoulos, SP Perlepes, E. Manessi-Zoupa, J. Chem. Soc. Dalton Trans, 1327
- Robert M.Berne, Matthew N.Levy (2544) สรีรวิทยา. (ฉบับที่ 3) Ediciones Harcourt, SA
- ตะวันตกเจบี (1991) พื้นฐานทางสรีรวิทยาของการปฏิบัติทางการแพทย์ วิลเลียมส์และวิลกินส์